標準I/O庫的緩沖機制

標準I/O庫提供緩沖的目的是盡可能減少使用read和write調用的次數。它也對每個I/O流自動地進行緩沖管理，從而避免了應用程序需要考慮這一點所帶來的麻煩。

標準I/O提供了三種類型的緩沖：

（1）全緩沖。這種情況下，在填滿標準I/O緩沖區后才進行實際的I/O操作。對于駐留在磁盤上的文件通常是由標準I/O庫實施全緩沖的。在一個流上執行第一次I/O操作時，相關標準I/O函數通常調用malloc獲得需使用的緩沖區。

術語沖洗（flush）說明標準I/O緩沖區的寫操作。緩沖區可由標準I/O例程自動沖洗（例如當填滿一個緩沖區時），或者可以調用函數fflush沖洗一個流。值得引起注意的是在UNIX環境中，flush有兩種意思：在標準I/O庫方面，flush（沖洗）意味著將緩沖區中的內容寫到磁盤上（該緩沖區可能只是局部填寫的）。在終端驅動程序方面，flush（刷清）表示丟棄已存儲在緩沖區中的數據。

（2）行緩沖。在這種情況下，當在輸入和輸出中遇到換行符時，標準I/O庫執行I/O操作。這允許我們一次輸出一個字符（用標準I/O fputc函數，該函數一次只輸出一個字符，沒有換行符），但只有在寫了一行之后才進行實際I/O操作。當流涉及一個終端時（例如標準輸入和標準輸出），通常使用行緩沖。

對于行緩沖有兩個限制。第一，因為標準I/O庫用來收集每一行的緩沖區的長度是固定的，所以只要填滿了緩沖區，那么即使還沒有寫一個換行符，也進行 I/O操作。第二，任何時候只要通過標準I/O庫要求從（a）一個不帶緩沖的流，或者（b）一個行緩沖的流（它要求從內核得到數據）得到輸入數據，那么就 會造成沖洗所有行緩沖輸出流。在（b）中帶了一個括號中的說明，其理由是，所需的數據可能已在該緩沖區中，它并不要求在需要數據時才從內核讀數據。很明 顯，從不帶緩沖的一個流中進行輸入（（a）項）要求當時從內核得到數據。

（3）不帶緩沖。標準I/O庫不對字符進行緩沖存儲。例如，如果用標準I/O函數fputs寫15個字符到不帶緩沖的流中，則該函數很可能用write系統調用函數將這些字符立即寫到相關聯的打開文件上。

標準出錯流stderr通常是不帶緩沖的，這就使得出錯信息可以盡快顯示出來，而不管它們是否含有一個換行符。

ISO C要求下列緩沖特征：

• 當且僅當標準輸入和標準輸出并不涉及交互式設備時，它們才是全緩沖的。
• 標準出錯絕不會是全緩沖的。

但是，這并沒有告訴我們如果標準輸入和輸出涉及交互式設備時，它們是不帶緩沖的還是行緩沖的；以及標準出錯是不帶緩沖的還是行緩沖的。很多系統默認使用下列類型的緩沖：

• 標準出錯是不帶緩沖的。
• 如若是涉及終端設備的其他流，則它們是行緩沖的；否則是全緩沖的。

對任何一個給定的流，如果我們并不喜歡這些系統默認的情況，則可調用下列兩個函數中的一個更改緩沖類型：

#include <stdio.h>
void setbuf( FILE *restrict fp, char *restrict buf );
int setvbuf( FILE *restrict fp, char *restrict buf, int mode, size_t size );
返回值：若成功則返回0，若出錯則返回非0值

這些函數一定要在流已被打開后調用，而且也應該在對該流執行任何一個其他操作之前調用。

可以使用setbuf函數打開或關閉緩沖機制。為了帶緩沖進行I/O，參數buf必須指向一個長度為BUFSIZE的緩沖區（該常量定義在中）。通常在此之后該流就是全緩沖的，但是如果流與一個終端相關，那么某些系統也可將其設置為行緩沖。為了關閉緩沖，將buf設置為NULL。

使用setvbuf，我們可以精確地指定所需的緩沖類型。這是用mode參數實現的：

如果指定一個不帶緩沖的流，則忽略buf和size參數。如果指定全緩沖或行緩沖，則buf和size可選擇地指定一個緩沖區及其長度。如果該流是 帶緩沖的，而buf是NULL，則標準I/O庫將自動地為該流分配適當長度的緩沖區。適當長度指的是由常量BUFSIZE所指定的值。

某些C函數庫實現使用stat結構中的成員st_blksize所指定的值決定最佳I/O緩沖區長度。GNU C函數庫就使用這種方法。

表5-1列出了這兩個函數的動作，以及它們的各個選項。

要了解，如果在一個函數內分配一個自動變量類的標準I/O緩沖區，則從該函數返回之前，必須關閉該流。另外，有些實現將緩沖區的一部分用于存放它自 己的管理操作信息，所以可以存放在緩沖區中的實際數據字節數少于size。一般而言，應由系統選擇緩沖區的長度，并自動分配緩沖區。在這種情況下關閉此流 時，標準I/O庫將自動釋放緩沖區。

任何時候，我們都可以強制沖洗一個流。

#include <stdio.h>
int fflush( FILE *fp );
返回值：若成功則返回0，若出錯則返回EOF

此函數使該流所有未寫的數據都被傳送至內核。作為一個特例，如若fp是NULL，則此函數將導致所有輸出流被沖洗。